具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统的制作方法

本发明涉及一种具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统。适用于建筑结构振动控制领域。

背景技术：

1、超重力离心机是一种高速旋转设备，可通过高速旋转产生超过重力加速度的离心加速度。超重力离心机是研究超重力条件下多相介质物质科学与工程技术的重要试验平台，是研究岩土体和地球深部物质大时空演变、加速物质相分离的必不可少的试验手段。超重力离心机被称为革命性的工程工具，于1931年在美国哥伦比亚大学首次建成，60年代开始蓬勃发展，其发展呈现出试验对象模型尺度越来越大、机载装置越来越极端、容量及离心加速度越来越大等特点。浙江大学超重力离心模拟与实验装置最大设计离心加速度已达1500g，超过世界其他现有超重力离心机。设备振动带来的必然引起建筑结构的振动，是必须解决的实际工程问题。

2、超重力离心机往往安装在地下，上部是配套的办公和试验室。无论是办公还是试验，规范均对外部传来的振动有相应的限制。离心机的核心评价参数为旋转设备的离心加速度，而加速度与旋转速度成二次方关系，速度与频率成正比，旋转设备的离心加速度越大，意味着设备旋转的振动频率范围也越大，对结构的振动控制带来更大的难度。

3、现有的控制技术主要分为三种，分别为被动控制，半主动控制和主动控制。被动控制技术采用tmd(调谐质量阻尼器)或mtmd(调谐质量阻尼器)等事先安装好的阻尼装置，只能减小特定一种或几种频率的振动；半主动控制技术则可根据振源频率改变阻尼器的刚度或阻尼特性，则可实现一定频率范围的振动控制；主动控制技术则根据监测设备观测到的实际结构振动，使用作动器主动施加作动力抵消振源带来的振动。

4、理论上半主动控制和主动控制可实现更好的振动控制，但也存在应用上的问题。如离心机的振动频率虽然已知，但振动通过基础、土体，可能还有离心机本身的减振装置，传导到上部结构时，振动频率已经改变，另外，结构自身由于施工和设计的差异，材料随着使用年限而老化，也可能导致自身频率的改变；现有半主动和主动控制基于设计阶段的结构分析，无法适应实际使用阶段情况的变化。主动控制由于作动器需要巨大能量输入，以及整个系统存在时滞效应，在实际工程中应用较少。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统。

2、本发明所采用的技术方案是：一种具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统，其特征在于，包括：

3、减震模块，安装于超重力离心机振动影响范围内建筑结构上，具有至少一个可变刚度阻尼器；

4、监测模块，安装于超重力离心机振动影响范围内建筑结构上，用于监测获取该建筑结构的振幅数据；

5、中央处理模块，经数据传输线与所述减震模块、监测模块和超重力离心机相连，用于获取超重力离心机的运行参数，基于运行参数调取预存的、经优化训练得到的减震模块内各可变刚度阻尼器的刚度参数，并基于各可变刚度阻尼器的刚度参数控制改变各可变刚度阻尼器的刚度；

6、所述经优化训练得到的减震模块内各可变刚度阻尼器的刚度参数，包括：

7、获取超重力离心机运行时的运行参数，以及监测模块获取的超重力离心机在该运行参数下运行时的振幅数据，并以振幅数据中最大振幅最小为优化目标，优化减震模块内各可变刚度阻尼器的刚度参数。

8、所述以振幅数据中最大振幅最小为优化目标，优化减震模块内各可变刚度阻尼器的刚度参数，包括：采用遗传算法、模拟退火法或枚举法进行优化。

9、所述采用遗传算法进行优化，包括：

10、s1、生成若干个体，构成初始种群，个体内的各染色体对应减震模块内各可变刚度阻尼器的刚度参数；

11、s2、基于个体内各可变刚度阻尼器的刚度参数控制改变减震模块内各可变刚度阻尼器的刚度；

12、s3、在步骤s2控制改变减震模块内各可变刚度阻尼器的刚度后，通过监测模块监测获取超重力离心机相同运行参数下各个体对应的建筑结构振幅数据；

13、s4、保留振幅数据满足预设条件的个体，并对保留的个体进行遗传操作，形成新一代种群；

14、s5、基于新一代种群中的个体重复步骤s2～s4，直至满足遗传迭代要求，得到最终种群；

15、s6、以最终种群内对应建筑结构振幅数据中最大振幅最小的个体为超重力离心机相应运行参数下的最优个体。

16、所述中央处理模块，还用于：

17、在控制改变各可变刚度阻尼器的刚度后，通过监测模块监测获取建筑结构的振幅数据：

18、基于监测获取的振幅数据与相同运行参数及相同刚度参数下的原振幅数据比较，并在两者差异超过预设值时，重新进行该运行参数下减震模块内各可变刚度阻尼器刚度参数的优化训练。

19、所述减震模块内的各个可变刚度阻尼器分别安装于所述建筑结构上的各个能改变结构刚度位置。

20、所述监测模块包括至少一个三向振动位移计。

21、所述三向振动位移计布置于建筑结构的梁和柱交点处。

22、本发明的有益效果是：本发明通过减震模块、监测模块和中央处理模块配合可自主进行优化训练，训练得到超重力离心机各运行参数对应的减震模块内各可变刚度阻尼器最优控制方案，从而可在后续运行过程中基于超重力离心机运行参数调取减震模块内各可变刚度阻尼器最优控制方案，实现振动自动控制。

23、本发明基于相同超重力离心机运行参数下及相同可变刚度阻尼器控制方案下的振幅数据判断建筑结构自振频率是否发生变化，并在自振频率发生变化后重新进行优化训练，得到最新的减震模块内各可变刚度阻尼器最优控制方案，从而改善结构因刚度退化等因素引起的以往优化控制方案效果减弱的问题。

技术特征：

1.一种具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统，其特征在于，所述以振幅数据中最大振幅最小为优化目标，优化减震模块内各可变刚度阻尼器的刚度参数，包括：采用遗传算法、模拟退火法或枚举法进行优化。

3.根据权利要求2所述的具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统，其特征在于，所述采用遗传算法进行优化，包括：

4.根据权利要求1所述的具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统，其特征在于，所述中央处理模块，还用于：

5.根据权利要求1所述的具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统，其特征在：所述减震模块内的各个可变刚度阻尼器分别安装于所述建筑结构上的各个能改变结构刚度位置。

6.根据权利要求1所述的具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统，其特征在：所述监测模块包括至少一个三向振动位移计。

7.根据权利要求6所述的具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统，其特征在：所述三向振动位移计布置于建筑结构的梁和柱交点处。

技术总结
本发明涉及一种具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统。本发明适用于建筑结构振动控制领域。本发明要解决的技术问题是：提供一种具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统。本发明所采用的技术方案是：一种具有自主学习能力的超重力离心机振动控制系统，其特征在于，包括：减震模块，安装于超重力离心机振动影响范围内建筑结构上，具有至少一个可变刚度阻尼器；监测模块，安装于超重力离心机振动影响范围内建筑结构上，用于监测获取该建筑结构的振幅数据；中央处理模块，经数据传输线与所述减震模块、监测模块和超重力离心机相连，用于获取超重力离心机的运行参数。

技术研发人员：黄维,胡中正,张刚,何杰,王鸿振,李倩,钱忱,路方
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15